《ATM傳輸技術(shù)》PPT課件

1,*第10章異步傳輸模式ATM,本章主要介紹ATM的基本概念、ATM協(xié)議及工作原理，并對(duì)ATM的參考模型及各層次的功能予以描述，對(duì)于IP與ATM的結(jié)合問(wèn)題也予以涉及。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，重點(diǎn)了解以下內(nèi)容：了解ATM技術(shù)的產(chǎn)生背景了解ATM的基本概念理解ATM協(xié)議的參考模型及各層次功能了解ATM與IP的結(jié)合,2,10.1ATM技術(shù)概述,10.1.1ATM的產(chǎn)生20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork）是綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng),它是通過(guò)單一線(xiàn)路發(fā)送數(shù)字語(yǔ)音呼叫和數(shù)據(jù)的一種電信標(biāo)準(zhǔn)。,3,20世紀(jì)80年代以來(lái)，跨越廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)LAN的互聯(lián)越來(lái)越多。同時(shí)隨著多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，人們對(duì)可視圖文、視頻電話(huà)、視頻會(huì)議、圖像傳輸?shù)韧ㄐ艠I(yè)務(wù)需求迅速增加，對(duì)帶寬的需求也越來(lái)越高。結(jié)果是B-ISDN(Broadband-ISDN,寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)世。ATM是支持B-ISDN服務(wù)的一種交換技術(shù)。,4,10.1.2傳統(tǒng)的交換和信息傳遞方式,網(wǎng)絡(luò)上傳統(tǒng)的交換方式有兩種：電路交換和分組交換。電路交換電路交換長(zhǎng)期以來(lái)用于電話(huà)網(wǎng)，目前仍然在N-ISDN中使用。在這種傳統(tǒng)方式中，整個(gè)通信連接期間始終有一條電路被建立，并按照時(shí)分復(fù)用（TDM）原理將信息從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳遞到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)。當(dāng)通信結(jié)束后，連接被撤銷(xiāo)。這種技術(shù)也叫同步傳遞模式STM。,5,分組交換在分組交換網(wǎng)中，用戶(hù)信息封裝在分組中。分組中有分組頭，其中包含一些附加信息。這些附加信息用來(lái)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行路由選擇、差錯(cuò)檢驗(yàn)、流量控制。分組交換有兩種方式：面向連接方式和無(wú)連接方式。,6,10.1.3快速分組交換和異步傳輸模式ATM,快速組成交換的方式有很多，其最基本的特征就是具有最小網(wǎng)絡(luò)功能的分組交換。最常見(jiàn)的是幀中繼和ATM。我們介紹ATM。,7,異步傳輸模式ATM(AsynchronousTransferMode)是建立在電路交換和分組交換基礎(chǔ)上的一種新的交換技術(shù)。ATM是面向連接的，它是通過(guò)建立虛電路來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。ATM采用固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包。每個(gè)ATM數(shù)據(jù)為信元。固定長(zhǎng)度的ATM信元具有以下的優(yōu)點(diǎn)：,8,固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)信元使得連網(wǎng)和交換的排隊(duì)延遲更容易預(yù)測(cè)。同時(shí)，較小的信元長(zhǎng)度降低了交換結(jié)點(diǎn)內(nèi)部緩沖器的容量，限制了信息在這些緩沖的排隊(duì)延遲。與可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包相比，ATM信元更便于簡(jiǎn)單可靠地進(jìn)行處理。ATM的信元頭只包括5個(gè)字節(jié)，其主要功能是用來(lái)根據(jù)虛電路標(biāo)志識(shí)別虛連接。,9,ATM采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。統(tǒng)計(jì)復(fù)用就是根據(jù)各種業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)特性，在保證業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的情況下，在各個(gè)業(yè)務(wù)之間動(dòng)態(tài)地分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，以過(guò)到最佳的資源利用率。這種方式可以解決STM中出現(xiàn)的帶寬浪費(fèi)的問(wèn)題。,10,10.1ATM技術(shù)概述,同步光纖網(wǎng)絡(luò)SONET和同步數(shù)字系列SDHATM的物理基礎(chǔ)目前主要是采用標(biāo)淮的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)。SONET和SDH是以光纜作為傳輸媒體的數(shù)字傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)首先在1988年推出了標(biāo)準(zhǔn)同步光纖網(wǎng)SONET(SynchronousOpticalNetwork)，為光纖傳輸系統(tǒng)定義了線(xiàn)路速率的等級(jí)結(jié)構(gòu)，其傳輸速率以51.84Mb/s為基礎(chǔ)，大約對(duì)應(yīng)于T3E3的傳輸速率。,11,ITU-T以美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)SONET為基礎(chǔ)，制訂出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)，即1988年通過(guò)的G.707709等三個(gè)建議書(shū)。SDH/SONET定義了標(biāo)準(zhǔn)光信號(hào)，規(guī)定了波長(zhǎng)為1310nm和1550nm的激光源。在物理層為寬帶接口并使用了幀技術(shù)以傳遞信息，為數(shù)字信號(hào)的復(fù)用和操作過(guò)程定義了幀結(jié)構(gòu)。,12,10.2ATM的基本概念和原理,ATM采用面向連接的傳輸方式，將數(shù)據(jù)分割成固定長(zhǎng)度的信元，通過(guò)虛連接進(jìn)行交換。一個(gè)ATM的傳輸過(guò)程可以包括三個(gè)階段：連接建立，數(shù)據(jù)傳輸和連接終止。,13,10.2ATM的基本概念和原理,ATM網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成ATM網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括兩種網(wǎng)絡(luò)元素，即ATM端點(diǎn)和ATM交換機(jī)。ATM端點(diǎn)就是在網(wǎng)絡(luò)中能夠產(chǎn)生或接收信元的源站或目的站。ATM端點(diǎn)與ATM交換機(jī)相連。ATM交換機(jī)與ATM交換機(jī)相連，構(gòu)成ATM網(wǎng)絡(luò)。,14,10.2ATM的基本原理,ATM網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成,15,10.2ATM的基本原理,ATM網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口UNI(User-NetworkInterface)這是ATM端點(diǎn)與它們所連接的ATM交換機(jī)之間的接口。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)接口NNI(Network-NodeInterface)這是在ATM網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)ATM交換機(jī)之間或兩個(gè)ATM網(wǎng)絡(luò)之間的接口。,16,ATM中的虛連接由虛通路（VP：VirtualPath）和虛通道（VC：VirtualChannel）組成，分別用VPI和VCI來(lái)標(biāo)識(shí)。多個(gè)虛通道可以復(fù)用一個(gè)虛通路，而多個(gè)虛通路又可以復(fù)用一條傳輸鏈路。虛連接有兩種：永久虛連接（PVC）和交換虛連接（SVC）。,17,ATM中的信息傳輸采用固定格式，一律為53字節(jié)。其中包括48個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)和5個(gè)字節(jié)的信元頭。,18,10.2ATM的基本原理,10.2.1ATM的體系結(jié)構(gòu)ITU-T制定的ATM參考模型借鑒了ISO的OSI參考模型，但同時(shí)引入了“平面”的概念。為了便于理解，我們暫時(shí)略去“平面”的問(wèn)題，先給出ATM的分層結(jié)構(gòu)，如圖。,19,20,B-ISDN的ATM協(xié)議模型如圖所示它包括三個(gè)平面：用戶(hù)平面支持?jǐn)?shù)據(jù)傳送、流量控制、差錯(cuò)檢測(cè)以及其他的用戶(hù)功能；控制平面主要用于連接管理，包括對(duì)信令信息的管理；管理平面用來(lái)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)和執(zhí)行操作功能。在每個(gè)平面中，采用了OSI分層方法，各層相對(duì)獨(dú)立。分為物理層、ATM層、ATM適配層（AAL）和高層。CCITT在ATM層之上定義了ATM適配層，即AAL層。,21,10.2.2ATM高層,ATM高層實(shí)際上泛指高層與業(yè)務(wù)相關(guān)的功能。ATM網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)分為A、B、C、D和X五類(lèi)。A類(lèi)服務(wù)為面向連接的恒定比特率（CBR）服務(wù)，主要提供恒定比特率的語(yǔ)音和圖像業(yè)務(wù)，DSI/EI電路仿真業(yè)務(wù)；B類(lèi)服務(wù)為可變比特率（VBR）服務(wù)，主要用來(lái)傳輸可變比特率的語(yǔ)音、視頻服務(wù)，同時(shí)還用來(lái)傳輸優(yōu)先級(jí)較高的數(shù)據(jù)；C類(lèi)服務(wù)定義為ATM上的幀中繼，主要提供面向連接的數(shù)據(jù)服務(wù)；D類(lèi)服務(wù)表示ATM上的無(wú)連接的數(shù)據(jù)服務(wù)；X類(lèi)服務(wù)許可用戶(hù)或廠家定義他們自己的服務(wù)類(lèi)型。,22,ATM為用戶(hù)提供的服務(wù)主要包括如下幾類(lèi)。CBR（恒定比特率）：這類(lèi)服務(wù)又分為兩個(gè)子類(lèi)，分別稱(chēng)為RT-VBR（實(shí)時(shí)可變比特率）和NRT-VBR（非實(shí)時(shí)可變比特率）。RT-VBR主要用來(lái)提供具有嚴(yán)格實(shí)時(shí)要求的可變比特率服務(wù)，如實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等。,23,在NRT-VBR服務(wù)中，及時(shí)傳送很重要，但應(yīng)用中可以容忍一定量的抖動(dòng)。例如，多媒體電子郵件。ABR（可用比特率）：這類(lèi)服務(wù)主要是為帶寬并不確定的突發(fā)式的通信設(shè)計(jì)的。UBR（不定比特率）：這類(lèi)服務(wù)不對(duì)用戶(hù)做出任何承諾，同時(shí)，也不對(duì)網(wǎng)絡(luò)阻塞做出任何反饋。用它來(lái)傳送IP包是合適的。,24,25,10.2ATM的基本原理,10.2.3ATM適配層AALATM適配層記為AAL(ATMAdaptationLayer)，其作用是增強(qiáng)ATM層所提供的服務(wù)功能，并向上面高層提供各種不同的服務(wù)。AAL的主要功能是：將用戶(hù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU劃分為信元或?qū)⑿旁匮b成為應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU；對(duì)比特差錯(cuò)進(jìn)行監(jiān)控和處理；處理丟失和錯(cuò)誤交付的信元；流量控制和定時(shí)控制。,26,10.2ATM的基本原理,10.2.3ATM適配層AAL為實(shí)現(xiàn)上的方便，AAL層又劃分為兩個(gè)子層，即CS子層和SAR子層。匯聚子層CS(ConvergenceSublayer)使ATM系統(tǒng)可以對(duì)不同的應(yīng)用(如文件傳送、點(diǎn)播視像等)提供不同的服務(wù)。每一個(gè)AAL用戶(hù)通過(guò)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)SAP(即應(yīng)用程序的地址)接入到AAL層。在CS子層形成的協(xié)議數(shù)據(jù)單元叫做CS-PDU。,27,會(huì)聚子層CS是與業(yè)務(wù)相關(guān)的，它負(fù)責(zé)為來(lái)自用戶(hù)平面的信息（如IP包）做分割準(zhǔn)備，以使CS層能將這些信息再拼成原樣。CS層將一些控制信息子網(wǎng)頭或尾附加到從上層傳來(lái)的用戶(hù)信息上，一起放在信元的有效負(fù)載中。,28,拆裝子層SAR(SegmentationAndReassembly)在發(fā)送時(shí)，將CS子層傳下來(lái)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元CS-PDU劃分成為長(zhǎng)度為48字節(jié)的單元，交給ATM層作為信元的凈負(fù)荷。在接收時(shí)，SAR子層進(jìn)行相反的操作，將ATM層交上來(lái)的48字節(jié)長(zhǎng)的凈負(fù)荷裝配成CS-PDU。這樣，SAR子層就使得ATM層與上面的應(yīng)用無(wú)關(guān)。,29,10.2ATM的基本原理,AAL子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元,30,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層ATM層主要完成交換和復(fù)用功能。在ATM層構(gòu)成53字節(jié)的信元并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸。ATM層提供的基本服務(wù)是完成ATM網(wǎng)上用戶(hù)和設(shè)備之間的信息傳輸。其功能主要有：信元頭生成和去除、一般流量控制、連接的分配和取消、信元復(fù)用和交換、網(wǎng)絡(luò)阻塞控制、匯集信元到物理接口以及從物理接口分檢信元等。,31,ATM層接收到AAL層提供的信元載體后，必須為其加上信元頭以生成信元，這樣信元才可以成功地在ATM網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。當(dāng)ATM層將信元載體向高層AAL層傳輸時(shí)，必須去除信元頭。信元載體提交給AAL層后，ATM層也將信元頭信息提交給AAL層。所提交的信息包括用戶(hù)信元類(lèi)型、接收優(yōu)先級(jí)以及阻塞指示。,32,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層1ATM信元,33,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層1ATM信元GFC（GenericFlowControl）字段(一般流量控制)PTI(PayloadTypeIndicator)字段（負(fù)載類(lèi)型標(biāo)志）CLP(CellLossPriority)字段（信元丟失優(yōu)先級(jí)）HEC(HeaderErrorControl)字段（信元頭差錯(cuò)控制）,34,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層1ATM信元VPI/VCI（VirtualPathIdentifier/VirtualChannelIdentifier）字段：VPI稱(chēng)作虛通道標(biāo)識(shí)符，VCI稱(chēng)作虛通路標(biāo)識(shí)符。一個(gè)虛通路VC是在兩個(gè)或兩個(gè)以上的地點(diǎn)之間的一個(gè)運(yùn)送ATM信元的通信通路；一個(gè)虛通道VP是一組具有相同端點(diǎn)的虛通路，而這一組虛通路使用同一個(gè)虛通道標(biāo)識(shí)符VPI。,35,36,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層2ATM交換,37,38,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層2ATM交換,39,40,10.2ATM的基本原理,10.2.5ATM物理層ATM物理層又分為與媒體有關(guān)的物理媒體子層PMD(PhysicalMediumDependent)和傳輸匯聚子層TC(TransmissionConvergence)。PMD子層的作用是在適當(dāng)?shù)奈锢砻襟w上正確地發(fā)送和接收比特以及負(fù)責(zé)比特在物理媒體上的正確傳輸。,41,TC子層的作用是為其上的ATM層提供一個(gè)統(tǒng)一的接口。在發(fā)送方，它從ATM層接收信元，組裝成特定的形式(如信元、SONET數(shù)據(jù)幀、FDDI數(shù)據(jù)幀等)以使其在物理媒體子層上傳輸。在接收方，TC從來(lái)自PMD子層的比特或字節(jié)流中提取信元，驗(yàn)證信元頭，并將有效信元傳遞給ATM層,42,10.2ATM的基本原理,10.2.5ATM物理層TC子層具有OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層的功能，主要功能如下：信元頭驗(yàn)證：每個(gè)信元中包含5個(gè)字節(jié)的頭部。信元頭中的最后一個(gè)字節(jié)，也就是HEC字段，其功能是進(jìn)行信元頭的差錯(cuò)控制。信元有效負(fù)載中的傳輸錯(cuò)誤由高層控制。傳輸幀適配：TC子層的另一個(gè)重要作用是為傳輸媒體子層生成幀格式。,43,在基于信元的傳輸方式中，傳輸幀中剛好含有一個(gè)信元。信元被連續(xù)地傳輸、不存在任何規(guī)則的時(shí)間幀同步。在基于SONET、FDDI、T1、T3等傳輸幀的傳輸方式中，傳輸幀的有效負(fù)載不是信元大小的整數(shù)倍，信元被嵌在傳輸幀的有效負(fù)載內(nèi)，信元邊界沒(méi)有固定位置，信元邊界由信元?jiǎng)澐止δ軟Q定。,44,10.2ATM的基本原理,10.2.5ATM物理層信元定界：在接收端，TC子層接收輸入的比持流，對(duì)信元的邊界進(jìn)行定位，驗(yàn)證信元頭，拋棄錯(cuò)誤的信元，對(duì)OAM信元進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)信元傳送給ATM層。在這個(gè)過(guò)程中，最復(fù)雜的過(guò)程就是信元定界。在TC子層，使用有限狀態(tài)機(jī)來(lái)完成信元定界。,45,次連續(xù)的不正確HEC,次連續(xù)正確的HEC,46,10.3ATM的連接管理,10.3.1ATM參考模型ITU-T制定的ATM參考模型不但具有層次結(jié)構(gòu)，還具有平面的概念，是一個(gè)立體的體系結(jié)構(gòu),用戶(hù)平面用來(lái)傳送用戶(hù)數(shù)據(jù)、流量控制、差錯(cuò)控制和其他用戶(hù)功能信息；控制平面處理為建立和釋放連接所需的信令；管理平面提供層管理和平面管理兩種不同的功能；,47,10.3ATM的連接管理,10.3.2ATM地址ATM是面向連接的，通信之前需要首先建立虛電路。虛連接建立時(shí)，源站點(diǎn)需要指明需要建立連接的目的站點(diǎn)的地址。由ATM論壇根據(jù)開(kāi)放系統(tǒng)互連OSI的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)NSAP(NetworkServiceAccessPoint)格式定義了ATM專(zhuān)用UNI的ATM地址。它采用20個(gè)字節(jié)。,48,ATM地址包括三個(gè)部分：AFI(AuthorityandFormatIdentifier)字段授權(quán)和格式標(biāo)識(shí)符，用于指出起始域標(biāo)識(shí)符(IDI)的類(lèi)型和格式，指明地址命名方式；IDI(InitialDomainIdentifier)字段起始域標(biāo)識(shí)符，指明地址的位置和管理權(quán)限；DSP(DomainSpecificPart)字段域特定部分，指明專(zhuān)用網(wǎng)UNI的識(shí)別信息。,49,10.3ATM的連接管理,10.3.2ATM地址,字節(jié)121061,字節(jié)121061,字節(jié)18461,DCC格式的ATM地址,ICD格式的ATM地址,E.164格式的ATM地址,IDI,IDI,IDI,50,10.3ATM的連接管理,10.3.3ATM虛連接機(jī)制,51,源站點(diǎn)通過(guò)缺省虛連接(通常為VPI=5，VCI=0)向目的站點(diǎn)發(fā)出連接建立(Setup)請(qǐng)求。該請(qǐng)求中包含源站點(diǎn)ATM地址、目的站點(diǎn)ATM地址、傳輸特性以及QoS參數(shù)等。網(wǎng)絡(luò)向要求建立連接的源站點(diǎn)回送呼叫確認(rèn)(CallProceeding)，表明呼叫建立已啟動(dòng)。并不再接收呼叫建立信息。Setup沿網(wǎng)絡(luò)向目的地站點(diǎn)傳播。在傳播的每步，目的都會(huì)返回CallProceeding確認(rèn)。,10.3ATM的連接管理,10.3.3ATM虛連接機(jī)制,52,目的站點(diǎn)接收到連接建立請(qǐng)求后，若連接條件滿(mǎn)足，則返回連接(Connect)，表明接受呼叫。然后，網(wǎng)絡(luò)用連接(Connect)響應(yīng)源站點(diǎn)，源站點(diǎn)被接受。在Connect返回源站點(diǎn)過(guò)程中，每一步均會(huì)產(chǎn)生連接確認(rèn)(ConnectAck)，最后源站點(diǎn)用連接確認(rèn)(